KR20010042701A - 계류나사의 제조방법 - Google Patents

Abstract

계류나사(10)를 위한 노브(30)와 페룰(50)의 제조방법이 개시되며, 노브(30)는 나사(10)에 완전하게 부착되고, 페룰(50)은 패널(60)에 부착가능하다. 노브(30)의 제조방법은 노브(30)를 위한 알루미늄 합금 모재를 제공하는 단계, 적어도 하나의 프레스 작업을 사용하여 냉간-성형에 의해 모재를 대체로 원통형인 컵형상 제품(32)으로 만들고, 컵은 대체로 원통형인 측면벽을 가지게 프레스하는 단계, 컵형상 제품(32)의 원주 밖에 놓인 모재를 제거하는 단계 및 컵(32)의 중공 원통형 벽(33)과 동일축인 컵(32)의 바닥에 구멍을 내는 단계를 포함하고 이에 따라 노브(30)를 성형한다.

Description

계류나사의 제조방법{PROCESS FOR MANUFACTURING A CAPTIVE SCREW}

본 발명은 노브, 나사, 페룰(ferrule)을 가진 종류의 계류나사의 새롭고 향상된 제조방법에 관한 것이다. 계류나사는 나사가 제 2 패널로 조여지면 노브가 페룰 위에 포개어 끼워지는 식으로 들어감에 의해 패널에 구속된다. 계류나사가 제 2 패널에 부착되지 않았을 때 완전히 철회된 위치로 노브와 나사를 가압하기 위해 스프링이 사용될 수 있으며, 이에 따라 하부 패널의 영역으로 부터 나사의 나사부를 빠지게 한다.

본 발명은 계류나사의 3개의 주요 구성부; 노브, 페룰, 및 나사의 제조방법에 관한 것으로 각각 냉간 성형으로 제조될 수 있다.

대표적인 냉간 성형방법에 있어서, 슬러그 또는 빌릿은 원하는 제품이 성형되게 대응하는 형상과 크기를 가진 단체 다이 안에 넣어진다. 다음에 슬러그에 길이방향으로 힘이 가해져 금속이 다이 공동의 형상으로 유동하고 합치되도록 한다. 제품은 다이 공동의 축방향으로 밖으로 밀어냄에 의해 다이 공동으로부터 제거된다. 재료를 최종적인 원하는 형상으로 점진적으로 이동하기 위해 일련의 여러개의 다이가 사용될 수 있다.

특정 알루미늄 합금 뿐만아니라 특정 스테인레스강이 냉간성형에 도움이 된다. 본 발명에서, 노브는 바람직하게는 알루미늄 합금으로 만들어지고, 나사와 사용되는 패널 고정수단에 따라 페룰은 알루미늄 합금 또는 탄소강 또는 스테인레스강으로 만들어지고 그리고 나사 자체는 스테인레스강으로 만들어진다.

대량으로 제조할 때, 구성요소의 냉간성형은 가공과 같이 금속의 제품을 제조하는 다른 형태를 능가하는 실질적인 장점을 제공할 수 있다. 설치공사 및 설계상의 장애와 관련된 상당한 비용을 포함한 냉간성형 제조공정의 설치에 관한 초기 비용은 높지만, 계류나사의 대량생산이 요구될 때는 실질적인 비용절감과 막대한 시간절약을 얻을 수 있다. 신축적인 계류나사 형태의 주요 구성요소를 모두 냉간-성형하는데 어려움이 있기 때문에, 계류나사의 노브와 페룰의 냉간성형은 지금까지 달성되지 않았다. 본 발명은 이러한 어려움을 극복하기 위한 방법이다.

본 발명은 금속기구의 풀어짐없이 제 1 패널상의 제 위치에 파스너를 유지하기 위해 요구되며 제 1 패널을 제 2 패널, 프레임 또는 다른 표면에 부착하기 위해 일반적으로 사용되는 종류의 계류나사에 관한 것이다. 계류나사는 나사의 나사부가 제 1 패널이 부착되는 제 2 패널의 나사식 구멍으로부터 완전히 빠져도 나사 스테이가 패널에 부착되도록 제 1 패널에 장착된다.

도 1 은 노브가 뻗은 위치에 있을 때의 본 발명을 구현한 계류나사의 측면도,

도 2 는 도 1의 2 -- 2선을 따라 취한 도 1의 계류나사의 단면도,

도 3 은 나사가 완전히 뻗은 위치에 있고 노브가 내려진 위치에 있는 도 2의 계류나사의 단면도,

도 4 는 도 1의 계류나사에 사용된 나사의 사시도,

도 5 는 도 2의 5 -- 5선을 따라 취한 도 2의 계류나사의 단면도,

도 6a 은 필립스 드라이버 오목부을 나타낸 도 1의 계류나사의 평면도,

도 6b 는 슬롯식 드라이버 오목부를 나타낸 도 1의 계류나사의 평면도,

도 6c 는 육각 드라이버 오목부를 나타낸 도 1의 계류나사의 평면도,

도 7a 는 매끄러운 노브와 필립스 드라이버 오목부를 가진 도 1의 계류나사의 변경 실시예의 평면도,

도 7b 는 매끄러운 노브와 슬롯식 드라이버 오목부를 가진 도 1의 계류나사의 변경 실시예의 평면도,

도 7c 는 매끄러운 노브와 육각 드라이버 오목부를 가진 도 1의 계류나사의 변경 실시예의 평면도,

도 8 은 페룰, 스프링 및 나사와 조립되기 이전의 종래기술의 계류나사에 사용된 노브의 부분적으로 전단된 측면도,

도 9 는 페룰, 스프링 및 나사와 조립되기 이전의 도 1의 계류나사에 사용된 노브의 부분적으로 전단된 측면도,

도 10 은 노브와 나사의 조립시에 노브/나사 유지 수단으로 나사에 선택적으로 부가된 챔퍼가 있는 도 1의 계류나사에 사용된 노브/나사 조립체의 부분적으로 전단된 측면도,

도 11 은 노브/나사 조립이 완료된 도 10의 노브/나사 조립의 부분적으로 전단된 측면도,

도 12 는 노브가 뻗은 위치에 있는 본 발명을 구현한 계류나사의 변경 실시예의 측면도,

도 13 은 도 12의 계류나사에 사용된 나사의 변경 실시예의 사시도,

도 14 는 프레스식(press-in) 계류나사를 성형하기 위한 순차이송 다이의 개략적인 측면도,

도 15 는 플래어식(flare-in) 계류나사 페룰를 성형하기 위한 냉간-성형 순차이송 다이의 개략적인 측면도,

도 16 은 계류나사를 위한 노브를 성형하기 위한 냉간-성형 순차이송 다이의 개략적인 측면도, 및

도 17 은 플래어식 계류나사의 부분적으로 파단된 측면도.

본 발명은 제 1 패널 또는 다른 얇은 평탄한 표면이 제 2 패널 또는 프레임과 같은 다른 표면에 대항하여 장착되는 곳에서 사용하는 형태의 낮은 형상의 신축적인 계류나사를 제조하기 위한 방법에 관한 것이다.

본 발명의 계류나사를 제조하기 위한 방법은 계류나사를 위한 노브와 페룰을 만드는 방법을 포함하고 있으며, 노브는 나사에 완전하게 부착되고 상기 페룰은 패널에 페룰을 부착하기 위한 수단을 가지고 있다. 노브의 제조방법은 노브를 위한 알루미늄 합금 모재를 공급하는 단계, 적어도 하나의 프레스작업을 사용하여 모재를 대체로 원통형의 측면벽을 가진 대체로 원통형인 컵형상 제품으로 냉간-성형하는 프레스 단계, 컵형상 원통형 제품의 원주 밖에 놓인 모재를 제거하는 단계, 그리고 컵의 중공 원통형 벽과 동일축의 컵의 바닥에 구멍을 제공하는 단계를 포함하며, 이에따라 노브를 성형한다. 페룰을 만드는 방법은 페룰을 위한 모재를 제공하는 단계, 적어도 하나의 프레스작업을 사용하여 모재를 외부표면을 가진 원통형 측면벽을 가진 원통형 제품으로 냉간-성형에 의해 프레스하는 단계, 페룰의 단부상에 패널 계류수단을 냉간-성형하는 단계; 그리고 원통형 제품의 원주 밖에 놓인 모재를 제거하는 단계를 포함하며, 이에따라 페룰을 성형한다.

따라서 본 발명의 목적은 계류나사를 냉간성형으로 만들 수 있고 향상된 계류나사의 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 더욱 더한 목적은 대량생산에서 낮은 단위비용으로 성취될 수 있는 계류나사의 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 더욱 더한 목적은 구성요소의 제작시간이 감소되는 계류나사의 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 더욱 더한 목적은 조립시간이 감소되는 계류나사의 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 더욱 더한 목적은 감소된 단위 원재료량으로 생산 가능한 계류나사의 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 더욱 더한 목적은 빠른 작업처리량으로 생산 될 수 있는 계류나사의 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 더욱 더한 목적은 종래의 계류나사보다 나사의 많은 요구사항에 대응하여 생산 될 수 있는 계류나사의 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 더욱 더한 목적은 납기를 줄여주는 계류나사의 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 더욱 더한 목적은 유사한 타입의 현존하는 계류나사보다 비용은 낮지만 기능은 실질적으로 동일하거나 또는 종래의 계류나사보다 뛰어난 계류나사를 창조하는 계류나사의 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 더욱 더한 목적은 예를들면 종래의 계류나사보다 대략 10배 빠르게 생산 가능한 계류나사의 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 더욱 더한 목적은 계류나사 자체의 조립시 및 계류나사의 사용시에 금속의 박리가 적은 계류나사의 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적과 장점은 첨부된 도면과 아래의 설명으로부터 명백하게 될 것이다.

냉간성형

일반적으로 알루미늄과 특정 합금강은 냉간 성형공정에 용이하게 적응된다. 본 발명에 있어서, 노브 및 가능한 경우의 페룰은 각각 바람직하게는 알루미늄 합금으로 만들어진다. 한편 강도가 낮고 연성이 좋은 알루미늄인 1100 과 3003 합금은 압출하기 가장 용이한 대표적인 것이지만, 본 발명은 바람직하게는 열처리 가능한 합금이 사용되었을 때와 같은 향상된 기계적 성질을 요구한다. 통상적으로 이런 타입의 합금은 대체로 균열 또는 유사한 흠과 결함에 보다 민감하기 때문에 적절한 모재와 슬러그 타입을 선택하는데 특별한 주의가 요구된다.

부품을 만드는데 충분한 힘과 스트로크를 제공한다면 기계식 또는 유압식 프레스와 같은 어떠한 프레스 타입도 사용될 수 있다. 프레스로 냉간 성형하는 기술의 당업자는 이런 공정을 위한 적절한 프레스를 쉽게 선택할 수 있다.

계류나사

상세하게 도면을 참조하면 여기에서 같은 부재번호는 여러 도면을 통해 같은 요소를 나타내며 도 1, 도 2 및 도 3에 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 프레스식 계류나사(10)가 도시되어 있다. 도시된 장치는 나사식 샤프트(22)와 나사 머리(24)를 가진 나사(20), 대체로 원통형인 얇은 벽의 중공 노브(30), 스프링 또는 다른 가압 수단(40), 패널 부착 수단(52)을 가진 대체로 원통형인 중공 페룰(50), 및 나사 구속수단(54)을 포함하고 있다. 실시예의 장치는 제 1 패널(60)상에 설치된 것이 도 1, 2 및 3에 도시되어 있다. 도 3 은 제 1 패널상에 설치되고 제 2 패널(62)에 조여진 계류나사를 나타낸다.

대체로 원통형이며, 일부분은 속이 빈 노브(30)는 바람직하게는 노브(30)의 상단부 가까이에서 증가된 두께부(33)와 나사(20)의 머리(24)가 놓이는 최상부 환형상 표면(31)을 가진 중공 원통형 몸체(32)를 가지고 있다. 도 4에 도시된 것처럼, 나사(20)는 나사 머리(24)의 하단부 둘레에 환형상 플랜지(23)와 나사 머리(24)의 하단부 둘레에 환형상 플랜지(23)의 외부 원주(25)에 복수의 돌출부(26)를 가지고 있다. 이들 돌출부(26)는 노브(30)의 내부 표면상에 증가된 두께부(33)에 가압끼워맞춤을 제공하고 이에따라 바람직하게는 나사 머리(24)에 대해 상대적으로 강도가 낮은 알루미늄과 같은 재료로 만든 노브(30)내의 재료는 스테인레스 강과 같은 상대적으로 강도가 큰 재료로 만들어진 나사(20)의 돌출부(26)에 의해 변위된다. 따라서 나사(20)는 로브(30)에 견고하게 고정된다.

더욱이, 더욱더 구조를 달리하여 도 10 과 도 11 에 도시된 바와 같이 선택적으로 노브(30)를 나사 머리(24)에 더욱 고정하는 것이 제공될 수 있다. 나사(20)의 환형상 플랜지(23)의 하부 표면은 선택적인 챔퍼(29)이다. 대략 45도에서 .025의 챔퍼가 대부분의 나사 크기에 적합한 것으로 밝혀졌다. 도 10은 나사가 노브(30)에 완전히 들어가지 않은 시점에서 나사가 끼워지는 동안의 노브/나사 조립체를 나타낸다. 상술한 것과 같은 돌출부(26)가 도 10 과 도 11에는 도시되지 않았다는 것을 유의하라. 돌출부(26)는 사용될 수도 되지 않을 수도 있다. 나사 머리(24)가 도 10과 도 11에 화살표 A로 도시된 방향으로 노브(30)의 내부 표면으로 더욱 끼워지면, 재료는 노브의 증가된 두께부(33)의 하단부로부터 재료의 환형상 링(39)이 나사 머리(24)를 노브(30)에 유지하도록 챔퍼(29)로 들어간다. 증가된 두께부(33)의 영역, 즉 최상부 환형상 표면(31) 또는 노브(30)의 캡 섹션과 노브(24)의 증가된 두께부(33)의 바닥 사이의 거리(도 10에서 거리 B)는 나사 머리 둘레의 환형상 플랜지(23)의 전체 두께보다 축방향 치수가 약간 길며, 나사 머리(24)가 A 방향에서 노브(30)에 끼워지는 동안, 노브 재료는 챔퍼(29)의 영역으로 들어간 후에 실질적으로 정지된다.

본 발명의 계류나사(10)의 구조는 이런 일반적인 형태의 계류나사에 지금까지 적합하지 않았던 제조기술에도 적용된다. 종래의 계류나사는 노브의 내부에 더욱 복잡한 노브 형상를 가지며 보다 더 강한 재료로 만들어졌다. 예를들면 제조과정 중에 조립되기 이전의 종래기술의 노브(100)를 나타낸 도 8에 도시된 바와같이, 나사를 제위치에 유지하는 환형상 표면(102)이 사용되었다(도시 생략). 나사는 노브(100)안의 위치에 끼워지고 나사 머리 아래의 스플라인 섹션에 의해 제위치에 유지된다. 이런 배열은 미국특허 제 5,382,124호의 도 1에 상세하게 개시되어 있다. 나사(20)가 나사 머리(24)의 원주의 제위치에 유지되기 때문에 본 발명의 계류나사에서 환형상 표면(102)는 요구되지 않는다. 도 9에 도시된 것처럼, 본 발명의 노브(30)는 더욱 단순한 내부 형상으로 노브(30)를 보다 강도가 낮은 재료에서 최상의 결과를 얻을 수 있는 냉간 성형 제조기술로 만든다. 본 발명의 나사(20)가 종래기술의 나사 샤프트상의 스플라인 영역에 의해서가 아니라 도 1-5에 도시된 것과 같은 나사 머리(24)의 외부 원주상의 돌출부(26) 또는 플랜지(23) 또는 도 10, 11에 도시된 챔퍼(29)에 의해 제 위치에 유지되기 때문에 종래기술의 노브(100)의 환형상 표면(102)은 더 이상 사용되지 않는다. 따라서, 종래의 나사(미국특허 제 5,382,124호의 도 1 참조)에서는 환형상 플랜지(102)를 위해 약한 재료를 사용하면노브(30)에 나사(20)를 조립시에 파손이 일어났지만 이제 강도가 낮은 재료 바람직하게는 강도가 낮은 알루미늄이 사용될 수 있다.

부가적으로, 본 발명 나사의 현저한 구조적인 장점은 노브내에 환형상 플랜지를 가진 종래의 계류나사를 능가한다. 본 발명의 계류나사(10)에 있어서, 도 3에 도시된 것처럼 나사가 완전히 뻗은 위치에 있을 때, 즉 제 1 패널(60)이 제 2 패널(62)로 조여졌을 때 나사(20)의 바닥 환형상 표면은 페룰(50)과 직접 밀착된다. 대부분의 종래기술의 나사(도 8과 미국특허 제 5,382,124 참조)에서와 같이 하중이 나사로부터 노브로 페룰(50)로 패널로 전해지기 보다는 나사(20)의 하중은 바로 나사(20)로부터 페룰(50)로 패널(60)로 전해진다. 이것으로 본 발명의 계류나사(10)를 사용할 때나 나사(20)를 노브(30)에 조립하는 동안에 환형상 플랜지(102)의 파손이 제거된다. 더욱이, 플랜지(23)는 로브(30)에 나사(20)를 조립하는 동안에 정확한 멈춤을 제공한다. 이것은 계류나사의 구조적인 완전성에 극히 엄격한 공차와 신뢰성을 제공한다. 더욱이, 플랜지(23)가 페룰(50)에 대항하여 지탱하는 곳의 증가된 표면적은 특히 나사(10)가 패널(60)에 설치되는 동안에 증가된 구조적인 완전성을 제공한다.

또한 나사(20)는 나사 머리(24) 또는 플랜지(23) 부근의 나사 샤프트(22)의 영역에 증가된 샤프트 두께부(21)의 선택적인 영역을 가진다. 증가된 샤프트 두께부의 영역은 두가지 유용한 기능을 제공한다. 첫째, 특히 플랜지(23)가 사용되면, 나사 샤프트로부터 나사 머리(24)의 외부 원주로 직경방향으로 턱이져서 특히 제조하기 어렵기 때문에 이것은 나사의 제조를 단순화한다. 둘째, 이것은 필립스 스타일(Phillips style)나사 드라이버 오목부 (도 6a 참조) 또는 톡쓰 스타일(Torx style)(도시생략) 오목부가 사용되는 곳의 재료의 증가된 체적을 제공한다.

노브의 종래의 노브/나사 경계면은 냉간 성형보다는 경계면이 가공되었을 때 가장 실시가능한 것이었다. 생산품을 대량생산 할 때 가공은 훨씬 비용이 많이 들고, 훨씬 시간이 걸리고, 냉간 성형으로 대량생산할 때보다 훨씬 비싸고 잠재적으로 막대한 양의 원재료가 폐기된다. 노브를 제조하기 위해 바람직하게는 냉간 성형을 사용할 수 있는 본 발명은 부품의 대량생산을 위한 상당히 적은 비용의 제조기술을 사용할 수 있게 한다.

본 발명의 계류나사의 다른부분의 구조는 바람직하게는 아래와 같다. 나사(20)의 머리(24)에 일체로 되는 것은 오목부로, 예를 들면 오목하게 들어간 슬롯(27)(도 2-4, 6b 및 7b 참조), 슬롯타입 드라이버로 사용하기 위한 것이다. 도 6a, 6c, 7a, 및 7c에 도시된 것처럼, 변경 실시예는 필립스 타입 드라이버를 사용하기 위한 필립스 타입 오목부(27'), 소켓 랜치를 또는 공지된 다른 드라이브 오목부를 사용하기 위한 소켓 오목부(27'')를 포함할 수 있다. 선택적으로, 노브(30)의 외부 주위표면(34)에 배치된 것은 공구없이 손가락만으로 계류나사(10)의 조임을 용이하게 하기 위한 또는 나사의 나사부(22)를 제 2 패널(62)안의 나사식 구멍에 초기 정렬을 용이하게 하기 위한 축방향의 새겨진 금 또는 널링(knurling)(36)이다. 변경 실시예는 널링 패턴 또는 다른 마찰표면(도시생략) 또는 도 7a, 7b, 및 7c에 도시된 것과 같이 매끄러운 표면 노브(30')를 포함할 수 있다.

도 2 와 도 3에 도시된 바와같이, 노브(30)는 페룰(50)에 부착되지만, 페룰(50)에 대한 노브(30)의 완전한 회전운동, 그리고 나사 맞물림 길이에 상응하는 페룰(50)에 대한 노브(30)의 제한된 축방향 운동이 제공된다. 제한된 축방향 운동은 페룰(50)에 일체이며 노브 단부 또는 페룰(50)의 제 1 단부에서 페룰(50)의 몸체로부터 바깥쪽으로 뻗은 제 2 환형상 플랜지(56)와 협력하여 중공 노브(30)의 내부 표면(38)으로부터 나사식 샤프트(22)쪽으로 안쪽으로 뻗은 노브(50) 상의 제 1 환형상 플랜지(35)에 의해 성취된다. 페룰(50) 부분이 노브(30)의 중공 원통형 몸체(32)내에서 미끄럼가능하게 중공 노브(30)의 안쪽 표면(38)은 페룰 환형상 플랜지(56)의 바깥쪽 직경보다 큰 직경을 갖고 있다. 계류나사(10)가 맞물릴 때, 즉 두 패널이 계류나사(10)에 의해 견고하게 연결될 때 페룰(50)의 상단부는 노브(30)의 중공 원통형 몸체내로 삽입된다. 제 1 및 제 2 환형상 플랜지(35,56)는 페룰(50)에 대한 노브(30)의 방사상 및 축방향 운동을 허용하면서 노브(30)와 페룰(50)이 단일의, 분리되지 않는 조립체가 될 수 있다. 계류나사(10)의 조립시에, 노브의 원통형 플랜지(도 9 참조)는 도 2 및 도 3에 도시된 것처럼 페룰(50)에 노브(30)를 잡아두기 위해 회전된다.

페룰(50)의 하단부와 나사(20)의 머리 사이에 싸인 것은 스프링(40)이다. 바람직하게는, 하단부 또는 페룰(50)의 제 2 단부에서, 패널 부착수단(52)에 인접한 것은 페룰(50)의 축방향 중심쪽으로 안쪽으로 돌출한 환형상 표면(57)이다. 환형상 표면(57)은 스프링(40)의 한쪽 단부를 위한 한계점과 같은 기능을 한다. 스프링(40)의 반대쪽 단부는 도 2와 3에 도시된 것처럼 나사 머리(24)의 아래쪽에서 끝난다. 스프링(40)이 도 3에 도시된 것처럼 최대로 압축된 위치에 있을 때, 노브(30)는 가장 낮은 위치, 즉 페룰(50)의 상단부가 나사 머리(24)의 아래쪽과 접촉한다. 여기에서, 나사(20)는 한계 위치로 하부 패널에 삽입된다. 스프링(40)이 도 2에 도시된 것처럼 가장 압축되지 않은 상태에 있을 때, 나사(30)는 가장 확장된 위치, 즉 노브(30) 위의 제 1 환형상 플랜지(35)와 페룰(50) 위의 제 2 환형상 플랜지(56)는 상술한 바와같이 서로 접촉하게 된다.

패널 부착 수단(52)은 공지된 어떤 수단도 될 수 있으며, 예를 들면 본 발명에 도시된 형태와 같이 프레스식, 미국특허 제 5,382,124호에 개시된 스냅-인(snap-in), 플래어식(도 17 참조), 나사식, 등의 공지된 것이 될 수 있다. 도 17은 플래어식 계류나사를 도시한 것이며, 여기에서 페룰(50)은 플래어식 계류나사(110)를 패널에 고정하기 위해 패널에 위치되도록 벌어져 있다.

또한 페룰은 바람직하게는 예를들면 프레스식 계류나사의 냉간-성형된 강철 또는 예를들면 플래어식 계류나사의 유사한 공정에 사용하는 알루미늄이다.

알루미늄 냉간-성형공정으로 노브(30)에 사용하기 위한 최적의 재료는 6082 알루미늄 합금임이 밝혀졌으며, 이 재료는 냉간 성형에 적합한 재료이며 종래의 가공된 노브에는 적합하지 않다. 강도가 낮은 재료를 사용할 수 있다는 것은 여러가지 장점을 나타낸다. 첫째, 재료의 입자가 계류나사를 패널상에 설치되거나 또는 설치된 후에 "박리(flaking)" 되는 곳에서 재료의 "박리"가 덜 일어난다. 만약, 예를들면 계류나사가 전기 부품이 있는 곳의 패널 상에 사용되고 노브(30) 또는 페룰(50)로부터 재료의 조각이 전기 부품과 접촉하면 심각한 문제가 일어날 수 있다.

종래의 계류나사의 금속의 박리는 제조과정과 여러곳에서 나사를 사용할 때 모두 일어난다. 첫째, 종래의 계류나사(도 8의 노브 참조)의 사용시에, 알루미늄 노브가 강철 페룰과 접촉하여 직접적인 마찰-작용을 하기 때문에 박리는 나사와 노브/페룰 경계면 사이의 경계면에서 일어난다. 둘째, 계류나사의 조립시에, 노브의 하부 영역이 가공을 위해 요구된 강도가 높은 재료로 제 위치에 노브를 유지하기 위해 크림프 될 때 박리는 노브가 페룰에 부착되는 곳에서 일어난다. 종래의 노브에서, 박리는 노브의 외부 표면상에 널링면의 제작시와 노브에 나사의 조립시에 일어난다.

새로운 노브 재료를 사용한 새로운 설계는 이런 문제를 최소화 한다. 새로운 노브/나사 경계면은 환형상 플랜지(23)의 증가된 폭으로 인한 넓은 면적에 걸쳐강철 나사(20)가 바로 강철 또는 알루미늄 페룰과 접촉하게 허용하며, 이에 따라 박리를 유발하는 종래 계류나사의 알루미늄/강철 경계면이 제거된다. 이제 보다 강도가 낮은 재료를 사용함에 의해서 크림프된 노브/페룰 경계면은 실질적으로 박리되지 않는다. 새로운 공정에 의해 용이하게 사용되는 강도가 낮은 재료와 결합된 새로운 설계에 의해 모든 박리는 상당히 감소된다.

더욱이, 만약 종래기술의 노브 형상이 새로운 설계에 의해 사용하는 낮은 강도의 재료인 노브/나사 경계면에 사용되면 노브의 심한 변형 문제, 특히 종래 노브(100)의 플랜지(102)에서, 강도가 낮은 재료로 인해서 쉽게 일어나게 된다.

본 발명의 계류나사(20')의 변경 실시예(10')가 도 12와 도 13에 도시되어 있다. 여기에는 제 1 실시예, 예를들면 도 2와 도 4에 도시된 것과 같은 환형상 플랜지(23)가 없다. 여기에는 노브(30')의 증가된 두께부(33')의 영역에 가압하여 끼워지는 복수의 돌출부(26')가 있다. 제 1 실시예에 대해 상술한 특히 부가적인 환형상 플랜지(23)에 대한 장점은 줄어들지만, 본 실시예는 복잡한 형상의 감소로 인해 보다 저렴하게 제작될 수 있다.

도 1 , 2, 및 3에 도시된 것처럼 프레스식 계류나사에 있어서, 페룰은 또한 프레스식 패널 계류수단에 널링된 영역을 가지지 않는 독특한 형상을 가지고 있다. 종래에 널링은 패널(60) 상에 페룰(30)의 회전에 저항하기 위해 요구되는 것으로 생각되었다. 페룰의 냉간-성형을 용이하게 하기 위해 패널 구속수단의 유지력에 불리한 영향없이 널링이 제거되었다. 평탄한 표면은 페룰을 회전으로부터 유지하기 위한 충분한 마찰을 제공한다.

계류나사의 냉간성형방법

계류나사(10)를 제조하기 위한 냉간-성형 방법은 일단 공정이 설정되면 아주 빠르고 저렴하게 계류나사(10)를 생산할 수 있다. 예를들면, 단일 프레스에서, 한번에 둘 이상의 부품을 만들어 시간당 10,000개 이상의 냉간-성형된 노브 또는 20,000개 이상의 페룰이 생산 가능하다. 노브를 가공하는 종래의 방법은 하나의 기계에서 시간당 단지 800개 부품을 만들 수 있었다.

특히 노브에 대해서는 폐기되는 재료의 스크랩 비율이 상당히 떨어진다. 통상적인 가공된 노브에서, 노브에 사용된 재료는 대략 25%에 비해 스크랩은 대략 75%이다. 냉간-성형된 노브에서, 노브에 사용된 재료는 90%에 비해 스크랩은 대략 10%뿐이다. 부가적으로, 냉간 성형 공정의 아주 엄격한 공차로 인해 생산된 부품은 가공된 부품보다 더욱 균일하다.

다양한 형태의 나사를 제작하기 위한 냉간-성형 방법이 공지되어 있지만, 계류나사를 위한 페룰과 노브를 생산하는 냉간-성형 방법은 시도되거나 완성되지 못했다. 노브와 페룰를 냉간-성형하기 위한 공정단계는 다음과 같다.

노브의 냉간성형

냉간-성형을 위한 슬러그의 알루미늄은 일반적으로 판재의 블랭킹, 절단 또는 가공한 봉재, 또는 주물품에 의해 얻어진다. 압연된 알루미늄합금 판재가 냉간성형을 위한 슬러그의 전형적인 종류이다. 본 공정의 최상의 실행을 얻기 위하여, 압출된 와이어 또는 봉재를 가공한 슬러그 보다는 펀치된 슬러그를 사용하는 것이 바람직한 것으로 밝혀졌다. 플러그는 바람직하게는 정교한 블랭킹 공정에 의해 만들어지는데 이 방법은 에지가 전단 또는 파단되지 않은 아주 엄격한 공차를 가진 슬러그를 만들수 있기 때문이다. 플러그가 완전히 균일하게 되어야 하는 것이 중요하다. 예를들면, 슬러그의 주물품은 완전한 균일함을 제공하지 못한다.

도 16은 계류나사의 노브를 냉간성형하기 위한 단계를 나타낸다. 만약 슬러그(150)(도 16, 단계 A)가 원하는 초기형상이 아니면, 우선 초기 형상에 프레스되어 원하는 공차(160)(도 16, 단계 B)내에서 벗어나게 된다. 초기 컵형상을 성형하는 프레스 작업(도 16, 단계 C)은 모든 치수가 원하는 공차내에 들어가고 제위치에 노브의 주요한 세부사항을 갖도록 다수의 연속적인 단계에 의해 만들어진다(도 16, 단계 D, E, F). 이후에 컵형상 원통형의 외부 주위에 놓인 모재(172)는 제거된다(도 16, 단계 F). 만약 널링(174)이 요구되면, 컵형상의 외부 표면의 널링(174)은 다음 성형 작업에서 제공된다(도 16, 단계 G). 다음에 컵의 중공 원통형 벽과 동일축의 컵 바닥에 구멍(176)(도 16, 단계 H)이 제공되어 노브(30)를 성형한다.

각 노브(30)는 바람직하게는 아래에 설명되는 페룰(50)에 대한 스트립과 달리, 단일 프레스 작업과 같이 각 단계로 개별적으로 만들어 진다. 100 톤 프레스면 충분한 것으로 밝혀졌다. 사용되는 프레스에 따라, 단일 프레스로 다수의 노브를 동시에 만들수 있다.

페룰의 냉간성형

상술한 장점을 얻기 위해 표준 다이를 쉽게 이용하면서 최적의 생산 수준을 얻을 수 있다는 것이 밝혀졌으며, 탄소강 또는 스테인레스강 프레스식의 페룰을 성형하기 위한 도 14와 알루미늄 플래어식의 페룰을 성형하기 위한 도 15에 도시된 것처럼 일련의 복수 단계를 사용하는 공지된 순차이송 다이는 종래의 가공된 페룰의 생산성을 능가하는 막대한 생산성을 가져온다.

스테인레스강 페룰을 냉간성형하기 위한 단계는 먼저 모재를 제공하는 단계를 포함한다. 탄소강의 판재는 예를 들면 0.26 인치 두께이다. 304 및 305 타입을 포함하는 다양한 등급의 스테인레스강이 만족스러운 결과를 나타낸다. 저 탄소강이며 드로잉 특성을 가진 알루미늄 첨가된 1005 킬드강이 본 발명 방법의 최상의 재료라는 것이 밝혀졌다.

실제로, 100톤 프레스는 시간당 20,000개 부품 이상을 생산할 수 있는 충분한 힘을 제공한다는 것이 밝혀졌다. 만약 보다 작은 부품이 요구되거나 순차이송 다이가 사용되지 않는다면 보다 작은 프레스도 사용될 수 있다.

파일럿 구멍들이 강판에 먼저 뚫어져(도 14, 단계 A) 파일럿 핀(도 14, 단계 B)(핀은 도시생략)이 순차이송 다이를 통해 금속판을 점진적으로 이동하기 위해 파일럿 구멍을 통해 나오도록 허용한다.

일단 파일럿 핀이 강판을 통해서 삽입되면, 각 단계가 최종적인 페룰(50)쪽으로 재료를 점진적으로 이동하면서 연속적인 대략 18개의 프레스 작업단계는 만족스러운 결과를 가져온다. 도 14의 단계 C 와 D에서, 재료의 일부분이 "랜싱" 또는 블랭크된다. 다음에 재료는 초기 컵형상(176)으로 드로잉되고(도 14, 단계 E), 다음에 일련의 점진적인 과정(도 14, 단계 F, G, H)으로 직선의 측면이 최종 제품에 근접하게 된다. 다음에 실린더의 측면은 균일한 두께를 가지도록 "아이어닝"(도 14, 단계 I)된다. 다음에 페룰의 바닥에 가압식의 패널 부착수단(52)을 성형하기 위해 페룰의 바닥은 일련의 점진적인 단계(도 14, 단계 J, K, L)에서 좁아진다(페룰은 도 14에 뒤집혀 도시되어 있다). 다음에 구멍은 나사 샤프트 간극을 위해 페룰의 바닥을 통해 뚫어진다(도 14, 단계 M). 계류나사를 패널에 밀어넣을 수 있도록 하기 위한 공지된 프레스식 패널 부착수단(52)은 다음의 점진적인 일련의 단계에서 형성된다(도 14, 단계 N-S). 도 17을 참조하라. 최종적으로 페룰은 쉬트에서 블랭킹 된다.

만약 공지된 기술의 플래어식 알루미늄 페룰이 요구되면, 1000, 2000, 3000, 5000, 6000계 알루미늄을 포함하는 어떠한 알루미늄 합금도 적합하다. 플래어식 페룰은 패널에 설치하기 전에는, 페룰의 하단부가 도 15 단계 P 에 도시된 것처럼(꺼꾸로) 단지 중공 원통형 형상이기 때문에 프레스식 페룰보다 더욱 단순한 형상이다. 하지만, 본 발명에서는 다이 수명과 제품의 품질에 대하여 압연재로서 템퍼링한 6061 알루미늄을 사용하여 우수한 결과가 얻어지는 것이 밝혀졌다. 이 합금은 가공성이 뛰어나다. 나중에 부품은 열처리된다.

계류나사(10)를 패널에 설치함에 있어서, 페룰의 단부는 페룰의 에지 둘레의 환형상 표면에 삽입되고 바닥은 패널의 제 위치에 페룰을 유지하기 위해 벌어진다. 도 17 참조.

도 15는 알루미늄 페룰를 성형하기 위한 진행단계를 나타낸다. 도시된 바와같이 전반적으로 도 15의 단계들은 특히 단계 A에서 I까지는, 강철 페룰를 냉간-성형하는 것과 실질적으로 동일하지만 특히 알루미늄 페룰의 플래어 부분의 성형에는 보다 적은 단계가 요구된다(도 15, 단계 J-P).

나사의 냉간성형

상술한 바와같이, 일반적으로 나사의 냉간-성형은 새로운 것이 아니다. 하지만, 도 4와 도 13에 도시된 것과 같이 특별한 나사형상이 요구되는 것은 실질적으로 새로운 것이다. 바람직한 원재료는 구리 도금된 스테인레스강 와이어 430 타입이다. 구리는 .0001 두께이며 윤활재처럼 사용된다. 공정의 끝에서, 구리는 제거되며, 스테인레스 나사는 청정해지고 부동태화 된다.

근본적인 단계는 아래와 같다. 와이어는 적절한 길이로 절단된다. 압출하는 와이어의 앞쪽은 유리한 헤딩 비(heading ratio)를 얻기 위한 머리를 형성하는데 사용된다. 다음에 일련의 몇가지 단계는 당업계에 공지된 것과 같이, 머리와 샤프트의 비가 큰 나사에 사용되는 대표적인 단계와 같이 실행된다. 다음에 여분의 재료는 돌출부(26)를 남기고 제거된다. 다음에 구리가 벗겨지고, 섕크가 형성되고, 나사부가 전조가공되고 공지된 마감작업이 수행된다.

계류나사의 주요한 부품 전부를 냉간-성형하는 이점은, 특히 만약 계류나사의 모든 주요한 부품이 이 방법으로 제조된다면, 위에서 언급한 것과 같은 실질적인 장점을 제공한다. 하지만 어떠한 주요 부품을 냉간-성형 공정만으로 제조하여도 여전히 비용과 생산속도에 실질적인 이점을 제공하게 된다.

본 발명의 넓은 개념에서 벗어나지 않으면서 본 발명의 상술한 실시예에 변경이 가능하다는 것은 당업자에게 인정될 것이다. 그러므로 본 발명은 개시된 특정 실시예에 국한되는 것이 아니라, 첨부된 청구항에 의해 정의되는 것과 같이 본 발명의 범주와 정신안에서의 모든 개량을 포함하도록 의도된 것이다.

Claims (12)

1. 페룰을 패널에 부착하는 수단을 가진 페룰, 나사, 상기 나사에 완전하게 부착된 노브 및 페룰상에 노브를 구속하는 노브/페룰 경계면을 가지는, 계류나사를 위한 노브 제조방법에 있어서,

   (a) 모재를 제공하는 단계;

   (b) 적어도 하나의 프레스작업을 사용하여 모재를 냉간-성형에 의해 대체로 원통형인 측면벽을 가진 대체로 원통형인 컵형상 제품으로 프레스하는 단계;

   (c) 컵형상의 원통형 제품의 외주 밖에 놓인 모재를 제거하는 단계; 그리고

   (d) 컵의 중공 원통형 벽과 동일축의 컵의 바닥에 구멍을 만드는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 노브 제조방법.
2. 제 1 항에 있어서, 모재는 알루미늄 합금인 것을 특징으로 하는 노브 제조방법.
3. 제 2 항에 있어서, 알루미늄 합금은 6082계 알루미늄 합금을 구성하는 그룹에서 선택된 것을 특징으로 하는 노브 제조방법.
4. 제 2 항에 있어서, 알루미늄 합금은 소둔상태에서 브리넬 경도가 대략 35인 것을 특징으로 하는 노브 제조방법.
5. 제 1 항에 있어서, 노브의 외부표면의 영역 둘레에 널링을 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 노브 제조방법.
6. 페룰을 패널에 부착하는 수단을 가진 페룰, 나사, 상기 나사에 완전하게 부착된 노브 및 페룰상에 노브를 구속하는 노브/페룰 경계면을 가지는, 계류나사를 위한 노브 제조방법에 있어서,

   (a) 냉간-성형에 의해 컵형상이 외부표면을 가진 원통형 측면벽, 최상부 림과 견고한 바닥, 및 컵의 최상부 림 둘레에 환형상 링을 형성하는 프레스 성형에 따른 초과분의 재료을 가지는 상태로, 대체로 원통형인 슬러그를 적어도 하나의 프레스 작업을 사용하여 원통형 컵형상 제품으로 프레스하는 단계, ;

   (b) 컵의 견고한 바닥이 컵의 원통형 측면벽과 만나는 컵의 바닥 둘레에 환형상 홈을 프레싱에 의해 냉간-성형하는 단계;

   (c) 컵의 최상부 둘레에 환형상 링을 형성하는 초과 재료를 제거하여 컵의 측면벽이 컵의 림과 같은 높이가 되도록 트리밍하는 단계; 그리고

   (d) 컵의 중공 원통형 벽과 동일축의 컵의 바닥에 구멍을 펀칭하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 노브 제조방법.
7. 제 6 항에 있어서, 대체로 원통형인 슬러그를 프레스하는 단계가 알루미늄 합금 모재를 제공하는 단계를 포함하며 알루미늄 합금 모재가 6082계 알루미늄 합금인 것을 특징으로 하는 노브 제조방법.
8. 제 7 항에 있어서, 슬러그를 프레스하는 단계가 소둔상태에서 브리넬 경도가 대략 35인 알루미늄을 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 노브 제조방법.
9. 제 6 항에 있어서, 노브의 외부표면의 영역 둘레에 널링을 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 노브 제조방법.
10. 노브, 나사, 페룰, 및 페룰에 노브를 구속하는 노브/페룰 경계면을 가지며, 상기 노브는 상기 나사에 완전하게 부착되고, 상기 페룰은 패널에 페룰를 부착하기 위한 수단을 가지는, 계류나사를 위한 페룰 제조방법에 있어서,

    (a) 모재 금속을 제공하는 단계;

    (b) 적어도 하나의 프레스작업을 사용하여 모재를 냉간-성형에 의해 외부표면을 가지며 원통형인 측면벽을 가진 원통형 제품으로 프레스하는 단계;

    (c) 페룰의 단부상에 패널 부착수단을 냉간-성형하는 단계; 그리고

    (d) 원통형 제품의 외주 밖에 놓인 모재를 제거하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 페룰 제조방법.
11. 계류나사를 위한 노브와 페룰을 만드는 방법으로, 상기 노브는 상기 나사에 완전하게 부착되고, 상기 페룰은 패널에 페룰을 부착하기 위한 수단을 가지며,

    (a) 상기 노브를 만드는 방법은:

    1) 노브를 위한 알루미늄 합금 모재를 제공하는 단계;

    2) 적어도 하나의 프레스작업을 사용하여 모재를 냉간-성형에 의해 대체로 원통형인 측면벽을 가진 대체로 원통형인 컵형상 제품으로 프레스하는 단계;

    3) 컵형상의 원통형 제품의 외주 밖에 놓인 모재를 제거하는 단계; 그리고

    4) 컵의 중공 원통형 벽과 동일축의 컵의 바닥에 구멍을 만드는 단계;를 포함하며 그리고

    (b) 상기 페룰을 만드는 방법은:

    1) 페룰을 위한 모재 금속을 제공하는 단계;

    2) 적어도 하나의 프레스작업을 사용하여 모재를 냉간-성형에 의해 외부 표면을 가지며 원통형 측면벽을 가진 원통형 제품으로 프레스하는 단계;

    3) 페룰의 단부상에 패널 부착수단을 냉간-성형하는 단계; 그리고

    4) 원통형 제품의 외주 밖에 놓인 모재를 제거하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 노브와 페룰 제조방법
12. 노브, 페룰, 및 나사를 가지고 있는, 계류나사 제조방법에 있어서, 상기 방법은 노브를 냉간-성형하는 단계, 페룰을 냉간-성형하는 단계, 그리고 나사를 냉간-성형하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 계류나사 제조방법.